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步进系统的运行精度 [复制链接]

  从步进电机的角度来说,需要满足一些公差标准,包括机械公差和电气公差。相绕组电感的不均衡是重要因素,其他一些原因包括极靴、转子的不对准,定转子间气隙的不均匀,定转子齿槽关系,以及转矩脉动等。达到并持续控制这些参数并不是非常困难的事。
  
  我们知道,电机定子绕组的电感量正比于绕组匝数的平方,只要采用恰当的绕制工艺就能保证相电感间的一致性。很多步进电机制造商已经使用自动绕线设备来保证这种一致性。当然,转子磁性材料也应具备良好的一致性从而保证电机各相电感的一致。其他一些规格指标则与机械有关。只要制造商使用可靠的、高品质的部件及优良的工艺控制来保证定转子均匀的磨削量,就能获得满意的精度。正如Lin Engineering 公司的Belal Azim所说,由于保证了两相双极性步进电机相电感间的误差在±5%以内,因此0.9度的步进电机在使用64微步驱动模式下,定位误差可以达到±1.5弧分,包括精确性和准确性。满足了以上条件,步进电机就可以完全达到指标要求(2相步进电机基本步进角围1.8°、5相步进电机基本步进角为0.72°)

  剩下的任务就是让驱动器/控制器告诉步进电机应该运动到哪儿和如何运动,而且不能由于驱动器自身精度不高而降低了电机的精度。一个细分驱动器通过给电机绕组提供特定的激磁电流,告诉电机需要运行多少个微步。步进电机运行在整步模式时,精度最高,因为刚好与电机的机械设计特点相吻合。此时定转子齿正好完全对齐,且绕组中流过的电流最大。随着细分数的增加,步矩角相应减小,此时越来越难以保证定位的准确了。
   
    每台步进电机都有自己特定的性能指标,很多指标都是根据实际应用要求设计的。为低速使用设计的电机往往电感量比较大,反之为高速设计电机的电感量比较小。为了满足不同的运动规律,步进电机设计工程师需要调整线圈中绕组的设计,以满足和速度、转矩、电流、电阻以及电感相关的数学公式。因此,同一台驱动器匹配不同电机时呈现出不同的运行性能,同样,一台电机匹配不同的驱动器时转矩特性也不同。   

  典型的细分模式包括2、4、8、16、32、64、128及256微步,还有一些特殊运用案例如分度仪等需要行走0。01度时则需选用如日本`OWELL公司所提供3,6,12细分的产品;提高细分数也就相应提高了单步精度(将整步按细分数等分来提高精度)。。例如,一台0.9度的步进电机如果用64细分的驱动模式,步矩角可以达到0.014度。当然,驱动器也必须按照细分规律提供给电机精确的电流值。

   运动控制系统里匹配步进电机和驱动器的5个简单步骤:   
   1. 选择合适的电机(基于对速度和转矩的要求)。   
   2. 确认电机技术指标中各相电感之间误差在±5%以内。   
   3. 选择合适的驱动器。如果可能的话,获得驱动器输出的电流波形图。   
   4. 确认驱动器上有提高运行平稳性的功能或者选项,如调节续流阻尼深度 (慢速或者快速电流衰减)或可调整电流波形的电位器。   
   5. 根据驱动器特性匹配电机电感量。通常说来,高电感量电机低速性能较好,但是需要驱动器具备高电流阻尼(快速续流),能让电流在续流期间快速下降。阻尼有助于电感的快速放电。低电感量电机高速性能好,如果驱动器能提供较低的电流阻尼(慢速续流),那么这些电机将呈现出良好的工作特性,因为他们在电感能量泄放过程中无需特别的阻尼帮助。对于一些电感量中等的电机来说,可以选择具备混合续流能力的驱动器。   
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